UUSIEN TERMOPLASTISIEN ELASTOMEERIEN ETSIMINEN JA KOKOAMINEN MATERIAALITIETOPANKIN POHJAKSI

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU
Kemiantekniikan koulutusohjelma
Kemiantekniikka
Tutkintotyö
Panu Ekonen
UUSIEN TERMOPLASTISIEN ELASTOMEERIEN ETSIMINEN JA
KOKOAMINEN MATERIAALITIETOPANKIN POHJAKSI
(Julkinen osa)
Työn ohjaaja
Työn teettäjä
Tampere 2008
DI Esa Väliaho
Oy Mar-Con Polymers Ltd, valvojana insinööri Paula Antila
TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU
Kemiantekniikka
Ekonen, Panu
Uusien termoplastisien elastomeerien etsiminen ja
kokoaminen materiaalitietopankin pohjaksi
Tutkintotyö
30 sivua
Työn ohjaaja
DI Esa Väliaho
Työn teettäjä
Oy Mar-Con Polymers Ltd, valvojana insinööri Paula
Antila
Huhtikuu 2008
Hakusanat
TPE, TPV, TPU
TIIVISTELMÄ
Termoplastiset elastomeerit ovat nykyaikaa ja ne ovatkin jo melko yleisiä
maailmanlaajuisesti. Mar-Con:n tavoitteena on siirtyä tuotannossaan entistä
enemmän kumituotteista termoplastisiin elastomeereihin. Tämä trendi on ollut jo
pidemmän aikaa nähtävissä heidän strategiassaan.
Oman haasteensa raaka-aineen valinnassa aiheuttavat kuitenkin EU-lainsäädäntö
ja asiakkaiden omat vaatimukset. Tällöin on varmistettava, että tuote varmasti
täyttää sille annetut kriteerit lain puitteissa, jolloin on syytä seurata mahdollisia
lainsäädännön muutoksia, sekä pysyttävä ajan tasalla asiakkaiden vaatimusten
suhteen.
Työn pääasiallisena tarkoituksena oli etsiä raaka-ainetoimittajien termoplastisia
elastomeereja, jotka saattaisivat kiinnostaa Mar-Con:a. Tarkastelussa olivat
lähinnä sellaiset yritykset, jotka eivät tällä hetkellä, toimita raaka-aineita MarCon:lle. Tutkiminen suoritettiin yritysten internet-sivustoilta ja kyselyitä
suoritettiin sähköpostin välityksellä.
Työssä keskityttiin lähinnä termoplastisiin vulkanisaatteihin ja termoplastisiin
polyuretaanielastomeereihin, jotka ovat molemmat oma luokkansa
termoplastisissa elastomeereissa. Suurin mielenkiinto oli kuitenkin
termoplastisissa vulkanisaateissa, koska se vaikutti käyttökelpoisimmalta
materiaalilta Mar-Con:n kannalta.
Työssä annettiin kuvaukset termoplastisten elastomeerien yleisimpien
ominaisuuksien standardeista, joita ovat kovuus, tiheys, vetolujuus,
murtovenymä, jäännöspuristuma ja repimislujuus. Kuvaukset annettiin myös
palonkesto- ja öljynkesto-standardeista, joiden pohjalta uutuuksia etsittiin.
Uusia termoplastisia elastomeereja löytyi kohtalaisen paljon eri valmistajilta ja
tämän työn tietojen perusteella Mar-Con:n on tarkoitus tehdä
materiaalitietopankki, josta olisi mahdollisuus löytää uusia markkinoitavia
tuotteita, tai mahdollisesti uusia vaihtoehtoja jo olemassa oleville tuotteille.
TAMPERE POLYTECHNIC
Chemical Engineering
Ekonen, Panu
Engineering Thesis
Thesis Supervisor
Commisioning company
April 2008
Keywords
Search of new thermoplastic elastomers in order to create a
material database
30 sivua
DI Esa Väliaho
Oy Mar-Con Polymers Ltd, valvojana insinööri Paula
Antila
TPE, TPV, TPU
ABSTRACT
Thermoplastic elastomers are becoming more common worldwide due to their
versatile attributes. Mar-Con is aiming in their strategy to increase the amount of
thermoplastic elastomers in production compared to rubber.
It is challenging to choose raw-materials for production because of the demands
from customers and changes in legislation. It is very important to stay alert in
these matters in order to react quickly if changes occur.
The purpose of this work was to find new interesting thermoplastic elastomers.
The search was conducted mainly from companies that aren’t delivering rawmaterials to Mar-Con at this point. Thermoplastic elastomers were searched
from the websites of companies and inquiries were made through e-mail.
The main focus was on thermoplastic vulcanizate material because it seemed to
be the most interesting and useful material for Mar-Con. Thermoplastic
polyurethane elastomer was another potential material with good attributes.
Both thermoplastic vulcanizates and thermoplastic polyurethane elastomers are
a specific class of thermoplastic elastomers.
Descriptions were given from the most common standards of thermoplastic
elastomer features which are hardness, density, tensile strength, elongation at
break, compression set and tear strength. Descriptions were also given out from
standards concerning flame and oil resistance.
New thermoplastic elastomers were found quite a lot from different
manufacturers during this work and Mar-Con is planning to develop a material
database from the results of this work. From that database they would have the
possibility to find new materials into their production line or alternatives to the
already existing ones.
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
4 (22)
SISÄLLYSLUETTELO
TIIVISTELMÄ ...........................................................................................................................2
ABSTRACT................................................................................................................................3
SISÄLLYSLUETTELO..............................................................................................................4
MÄÄRITELMÄT .......................................................................................................................5
1 JOHDANTO ............................................................................................................................6
1.1 Työn kuvaus.................................................................................................................6
1.2 Yrityksen esittely .........................................................................................................6
1.3 Lainsäädäntö ja asiakkaiden vaatimukset ....................................................................7
2 STANDARDIT ........................................................................................................................8
2.1 ASTM D2240 kovuus /1/.............................................................................................8
2.2 ASTM D792 tiheys ja ominaispaino /2/ ......................................................................9
2.3 ASTM D412 vetolujuus ja murtovenymä /3/.............................................................10
2.4 ASTM D395 jäännöspuristuma /4/ ............................................................................11
2.5 ASTM D624 repimislujuus /5/...................................................................................12
2.6 UL 94 liekinkesto /6/ .................................................................................................14
2.7 UL 157 tiivisteiden öljynkesto /7/..............................................................................18
3 TERMOPLASTISET ELASTOMEERIT..............................................................................20
3.1 Termoplastiset vulkanisaatit (TPV) ...........................................................................20
3.2 Termoplastiset polyuretaanit (TPU)...........................................................................20
3.3 TPE-uutuuksia ja -sovelluksia ...................................................................................20
3.3.1 TPU-materiaalit.............................................................................................20
3.3.2 TPV-materiaalit valmistajittain.....................................................................20
3.3.3 Muut TPE-materiaalit ...................................................................................21
4 YHTEENVETO .....................................................................................................................21
LÄHDELUETTELO.................................................................................................................22
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
5 (22)
MÄÄRITELMÄT
Alifaattinen: Orgaaninen yhdiste, joka ei ole aromaattinen.
Aromaattinen: Rengasrakenteinen kemiallinen yhdiste, jonka elektronit ovat
delokalisoituneet koko renkaan alueelle.
Dipoli-dipolisidos: Molekyylien välinen kemiallinen sidos, jossa on pysyviä
dipolien aiheuttamia vetovoimia.
Hydrolyysi: Kemiallinen reaktio, jossa yhdiste hajoaa vettä lisättäessä takaisin
lähtöaineikseen.
Kovalenttinen: Kemiallinen sidos, jossa atomit jakavat elektroneja keskenään
tasaisesti.
Vetysidos: Dipoli-dipolisidos vetyatomin ja happi-, typpi- tai fluoriatomin
välillä.
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
6 (22)
1 JOHDANTO
1.1 Työn kuvaus
Tutkimuksen kohteena olivat termoplastiset elastomeerit (TPE:t) ja
tarkoituksena oli löytää uusia markkinoitavia tuotteita tältä alalta, sekä antaa
valmiudet työn teettäjälle koostaa materiaalitietopankki. TPE:ja käytetään
entistä useammin huomattavien rahansäästöjen vuoksi, koska niitä on
mahdollista tuottaa muovinvalmistuskoneiden avulla. Tavallisen kumin
joutuessa käymään vulkanoinnin vaiheet valun tai ekstruusion aikana, sitä ei ole
mahdollista valmistaa tavanomaisilla, termoplasteille suunnitelluilla, laitteilla.
TPE:lla päästään lyhyisiin valmistusaikoihin, koska sitä ei tarvitse lainkaan
vulkanoida. TPE on helposti kierrätettävissä, jolloin rahallisten säästöjen lisäksi
se on myös ympäristöystävällistä.
Tutkimus suoritettiin TPE:a valmistavien yritysten internet-sivustoilta ja
suurimmilla yrityksillä onkin kattavat sivustot, joista raaka-aineiden etsiminen
oli helppoa. Pienemmillä yrityksillä puolestaan oli hieman suppeampia
sivustoja, jolloin tiedonkeruu hankaloitui. Lähetin raaka-aineista myös
sähköpostikyselyjä, joihin vastauksia tuli vain vähän, mutta se ei lopulta
häirinnyt työntekoani.
1.2 Yrityksen esittely
Oy Mar-Con Polymers Ltd on keskisuuri pk-yritys, joka valmistaa pääosin
elektroniikka- ja sähköteollisuudelle suunnattuja tiivisteratkaisuja. Yritys on
omalla tuotekehityksellään onnistunut luomaan multilaippatuotesarjan, jonka
tuotanto on kovassa kasvussa. Suurin osa tuotannosta menee suuryritysten,
kuten Nokia Oy:n kautta ulkomaan vientiin.
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
7 (22)
Yritys on rekisteröity kaupparekisteriin vuonna 1985 ja 30.6.2006 se vaihtoi
omistajaa, kun Trelleborg AB hankki omistukseensa yhtiön koko osakekannan.
Yrityksessä työskentelee noin 120 työntekijää ja vuonna 2007 heidän
liikevaihtonsa oli noin 15,27 M€.
Mar-Con on käynnistänyt systemaattisen kehitystyön, jonka tarkoituksena on
korvata perinteisiä kumilaatuja termoplastisilla elastomeereilla. Tämä työ on
tuottanut myös hyviä tuloksia, jonka johdosta TPE-materiaalien
tuotantokapasiteetti on kasvanut huomattavasti. Materiaalien kehitystyö on tehty
pääasiassa itse, mutta sitä on myös verkostettu ulkomaisten
materiaalitoimittajien, laitevalmistajien ja tutkimuslaitosten kanssa. Uudet
materiaalit ja laitteet kehittyvät maailmalla nopeasti ja onkin tärkeää pystyä
seuraamaan kehitystä ja tarvittaessa myös itse räätälöimään materiaaleja, jotta
yrityksellä on kilpailukykyisin teknologia hallussaan.
Mar-Con Oy:llä on strategiassaan tavoitteena kasvattaa Tele-Läpivienti- ja LVIsektoreitaan, joihin tämänkin työn tekeminen perustuu. Tarkoituksena heillä on
kasvattaa näiden kahden ydinosaamisalueen tietämystään ja löytää mahdollisia
uusia tai korvaavia tuotteita.
1.3 Lainsäädäntö ja asiakkaiden vaatimukset
Joissain tapauksissa lainsäädännön muuttuminen tai uusien lakien syntyminen
aiheuttaa ongelmia raaka-aineiden valinnassa. Mikäli raaka-ainetta joudutaan
tällöin vaihtamaan, olisi hyvä olla jo valmiita korvaavia tuotteita, jolloin
suuremmilta ongelmilta vältyttäisiin. EU:n myötä myös lait ovat lisääntyneet ja
niiden muutoksia on seurattava tarkasti, jotta ennaltaehkäisevää toimintaa on
mahdollista suorittaa.
Ongelmia raaka-aineiden valinnassa aiheuttavat myös asiakkaiden omat
vaatimukset. Heillä saattaa olla lista aineista, jotka heidän tuotteissaan ovat
kiellettyjä, jolloin raaka-aine-vaihtoehtojen määrä laskee. Esimerkiksi Nokia Oy
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
8 (22)
on erittäin tarkka tuotteissaan olevista materiaaleista ja heidän kiellettyjen
aineiden listansa päivittyy aika-ajoin, joten sitä on seurattava ja varmistettava,
että myytävä tuote ei vahingossakaan sisällä näitä aineita.
2 STANDARDIT
Termoplastisten elastomeerien ominaisuuksien testausmenetelmille on olemassa
useitakin eri standardeja. Seuraavassa on selitetty yleisimpien ominaisuuksien
(kovuus, tiheys, vetolujuus, murtovenymä, jäännöspuristuma, repimislujuus)
American Society for Testing and materials:n (ASTM) luokittelemat standardit
ja Underwriters Laboratories:n (UL) luokittelemat öljyn- ja liekinkeston
standardit. Standardit on selitetty yleisellä tasolla, koska varsinaisia virallisia
tietoja ei ollut mahdollista nähdä ilmaiseksi.
2.1 ASTM D2240 kovuus /1/
ASTM D2240 -kovuustestiä käytetään selvittämään pehmeiden materiaalien
suhteellista kovuutta. Testi mittaa määrätyn ilmaisijan painauman materiaaliin,
tiettyä voimaa käytettäessä. Testiä käytetään selvittämään ja tarkentamaan
termoplastisten elastomeerien kovuuksia, tai laaduntarkkailun välineenä, kun on
kyseessä suuri määrä materiaalia.
Näyte asetetaan ensin kovalle suoralle pinnalle, jonka jälkeen kovuusmittarin
(kuva 1) ilmaisija painetaan näytteeseen varmistaen, että se on kohtisuorassa
pinnan kanssa. Kovuus luetaan useimmiten sekunnin kuluessa siitä, kun
ilmaisija on kosketuksissa mitattavan materiaalin kanssa.
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
9 (22)
Kuva 1 Kovuusmittari
Näytepala on yleensä 6,4 mm paksu. On myös mahdollista pinota useita
näytekappaleita päällekkäin, jotta saavutettaisiin määrätty paksuus, mutta yhtä
näytepalaa pidetään suosituksena. Shore A - ja Shore D -asteikot ovat yleisimpiä
kovuuden luokittelussa, joista Shore A -asteikko on pehmeämmille ja Shore D asteikko kovemmille materiaaleille.
2.2 ASTM D792 tiheys ja ominaispaino /2/
Tiheys on materiaalin massa tilavuusyksikköä kohti. Ominaispaino on
määrätyssä tilavuudessa ja lämpötilassa olevan materiaalin massan suhde
samassa tilavuudessa ja lämpötilassa olevan tislatun veden massaan. Tiheys ja
ominaispaino ovat erityisen tärkeitä, koska materiaalit myydään massan mukaan
ja alhaisempi tiheys tai ominaispaino tarkoittaa suurempaa materiaalimäärää
samalla hinnalla.
Testausmenetelmiä on kaksi. Metodi A ja metodi B. Yleisempi näistä on metodi
A, jossa voidaan käyttää levyjä, tankoja, sylintereitä, valettuja kappaleita ja
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
10 (22)
oikeastaan mitä tahansa sopivia muotoja. Tässä metodissa kappale punnitaan
ilmassa (kuva 2), sekä myös täysin upotettuna (kuva 3) 23 °C:een tislattuun
veteen, käyttäen mahdollisesti apuna upotinta ja rautalankaa, jotta kappale on
varmasti veden alla. Tämän jälkeen pystytään laskemaan ominaispaino yhtälön
(1) ja tiheys yhtälön (2) mukaan.
ominaispaino = a/[(a + w)-b]
(1)
jossa a on näytteen massa ilmassa, b on näytteen ja upottimen (jos käytössä)
massa vedessä ja w on veden alla olevan upottimen (jos käytössä) ja osittain
veden alla olevan rautalangan massa.
ρ = (ominaispaino) x (997.6 kg/m)
(2)
jossa ρ on tiheys.
Kuva 2 Vaaka
Kuva 3 Kappale upotettuna tislattuun veteen
Koska tiheys ilmoitetaan termoplastisten elastomeerien ominaisuuksissa
yleensä yksikössä g/cm, tiheydellä ja ominaispainolla ei tällöin ole suurta eroa.
2.3 ASTM D412 vetolujuus ja murtovenymä /3/
Tämä standardi käsittää laajan valikoiman veto-ominaisuuksia kumeille ja
elastomeerisille materiaaleille. Testit voidaan suorittaa joko käsipainon (kuva 4)
muotoisilla, suorilla tai renkaan muotoisilla näytteillä.
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
11 (22)
Metodi A suoritetaan yleensä käsipainon muotoisilla näytteillä (tyypit A-F) ja
metodi B renkaan muotoisilla näytteillä (tyypit 1-2). Eniten käytetty tyyppi
metodi A:sta on C-muoto.
Kuva 4 Käsipainon muotoisen kappaleen vetotesti
Vetolujuus on kohta, jossa näyte antaa periksi, kun sitä vedetään päistään
erilleen ja sen yksikkönä käytetään MPa. Murtovenymä on näytteen
venymismatka prosentteina alkuperäiseen pituuteen verrattuna murtumisen
hetkellä.
2.4 ASTM D395 jäännöspuristuma /4/
Jäännöspuristuma ilmoittaa pysyvän muutoksen arvon, kun materiaalia
altistetaan puristusvoimalle tietyn aikaa. Jäännöspuristuma ilmoitetaan
prosentteina alkuperäisestä paksuudesta metodissa A (vakiovoima) ja
poikkeamasta metodissa B (vakiopoikkeama).
Metodi A
Jatkuva puristus painaa näytettä 1,8 kN:n voimalla tietyn aikaa tietyssä
lämpötilassa. Jäännöspuristuma-arvo otetaan prosentteina (yhtälö 3)
alkuperäisestä paksuudesta, kun näyte on saanut palautua 30 minuuttia.
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
CA = [(to - ti) / to] * 100
12 (22)
(3)
jossa to on näytteen paksuus ennen testiä, ti on näytteen paksuus testin jälkeen ja
CA on jäännöspuristuma-arvo.
Metodi B
Näytettä puristetaan tasan 25 %:a paksuudestaan välikappaleiden avulla tietyn
aikaa tietyssä lämpötilassa. Jäännöspuristuma-arvo otetaan prosentteina (yhtälö
4) alkuperäisestä poikkeamasta, kun näyte on saanut palautua 30 minuuttia.
CB = [(to - ti) / (to - tn)] * 100
(4)
B
jossa to on näytteen paksuus ennen puristusta, ti on näytteen paksuus puristuksen
jälkeen, tn on välikappaleiden paksuus ja CB on jäännöspuristuma-arvo.
B
Testikappaleet ovat sylinterin muotoisia kappaleita, jotka metodi A:ssa ovat
halkaisijaltaan 29 mm ja paksuudeltaan 12,9 mm. Metodi B:ssä näytteet ovat,
joko halkaisijaltaan 29 mm ja paksuudeltaan 12,9 mm, tai halkaisijaltaan 13 mm
ja paksuudeltaan 6 mm.
2.5 ASTM D624 repimislujuus /5/
Repimislujuus on kappaleen repeämiseen vaadittu voima jaettuna kappaleen
paksuudella. Tämä testi siis mittaa kappaleen vastustuskykyä repeämille ja sitä
voidaan myös käyttää kuvaamaan materiaalin anisotropiaa, eli ominaisuuksien
muutoksia eri suunnissa kappaletta. Testi suoritetaan vetämällä kappaletta
vastakkaisiin suuntiin. Maksimivoimaa, jota tarvitaan repimään kappale,
käytetään laskiessa repimislujuutta näytekappaleille A, B ja C. Voiman
keskiarvoa käytetään laskiessa repimislujuus näytekappaleille T ja CP.
Kappaleille A, B ja C (kuva 5) tehdään halkeama keskelle, jonka jälkeen niitä
vedetään pystysuunnassa erilleen (kuva 6) nopeudella 500 mm/min.
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
13 (22)
Kuva 5 Näytekappaleiden (A, B ja C) muoto
Kuva 6 Repimislujuustesti näytekappaleille A, B ja C
Näytekappaleet T ja CP ovat hieman erilaisia (kuva 7). T-kappaleella on
keskellä halkio, josta sitä vedetään eri suuntiin ja repeäminen voi alkaa (kuva 8).
CP-kappaleelle on pakotettu keskelle pieni heikkenemä, jota pitkin repeäminen
lopulta tapahtuu. Näitä kappaleita vedetään erilleen nopeudella 50 mm/min.
Kuva 7 Näytekappaleiden (T ja CP) muoto
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
14 (22)
Kuva 8 Repimislujuustesti näytekappaleelle T
2.6 UL 94 liekinkesto /6/
UL 94 testi määrittää materiaalin taipumusta sammua tai levittää tulta, kun se on
syttynyt. Testin perusteella aineet jaetaan eri luokkiin, joita on 12. Luokat
jakautuvat vielä kolmeen ryhmään, jotka on tarkoitettu erityyppisille aineille.
Ensimmäiseen ryhmään kuuluu esimerkiksi suluissa, eristeissä ja
elektroniikkatuotteissa käytettyjä materiaaleja, jotka voivat saada arvoja 5VA,
5VB, V-0, V-1, V-2 tai HB. Toiseen ryhmään kuuluu aineita, joiden tiheys on
pieni, kuten vaahtoja. Ne voivat saada arvoksi HF-1, HF-2 tai HBF. Kolmanteen
kuuluvat erittäin ohuet kalvot, joiden arvoksi voi tulla VTM-0, VTM-1 tai
VTM-2. Testien yksityiskohdat ovat niin erilaisia, että niitä ei voi verrata
keskenään. Esimerkiksi V-0 ei ole verrattavissa VTM-0:aan, koska näytepalojen
ero on liian suuri.
Vaakasuora testi (HB)
Näytettä pidetään vaakasuorassa asennossa ja käännetään 45° (kuva 9)
pystysuoraan. Liekitetään toisesta päästä 30 sekuntia, tai kunnes näytettä on
palanut tuuman verran. Jos näyte jatkaa palamista liekin poistamisen jälkeen,
mitataan aika, jonka se palaa yhden ja neljän tuuman välisellä matkalla. Mikäli
näyte ei pala neljän tuuman merkkiin asti, lasketaan syttymisestä kulunut aika ja
mitataan palanut matka näytettä. Joka paksuudelle tutkitaan kolme näytepalaa.
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
15 (22)
Kuva 9 Vaakasuoran testin alkuasetelma
Saadakseen HB-määritelmän näyte ei saa palaa 1,5 tuumaa minuutissa 0,12 –
0,5 tuuman paksuuksilla. Mikäli näyte on paksuudeltaan alle 0,12 tuumaa, se ei
saa palaa yli kolmen tuuman minuuttinopeudella.
Pystysuora testi (V-0, V-1, V-2)
Näyte pidetään pystysuorassa ja liekki tuodaan alaosaan (kuva 10) kymmeneksi
sekunniksi, jonka jälkeen se poistetaan, kunnes palaminen loppuu ja koe tehdään
toiseen kertaan. Kaksi viiden kappaleen erää testataan. Erät on säilytetty eri
olosuhteissa.
Kuva 10 Pystysuoran testin (V-0, V-1, V-2) alkuasetelma
Jotta materiaali saa arvon V-0, se ei saa palaa kymmentä sekuntia kauempaa
kummankaan liekityksen jälkeen. Jälkipalamisen määrä ei saa ylittää 50
sekuntia, kun kahden viiden erän tulokset on yhteenlaskettu. Näytteet eivät saa
palaa tai hehkua pidikkeeseensä asti, eivätkä roiskia palavia osia, jotka
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
16 (22)
sytyttäisivät alla olevan pumpulin. Yksikään näyte ei saa hehkua 30 sekuntia
kauempaa liekin poistamisen jälkeen.
Jotta materiaali saa arvon V-1, se ei saa palaa 30 sekuntia kauempaa
kummankaan liekityksen jälkeen. Jälkipalamisen määrä ei saa ylittää 250
sekuntia, kun kahden viiden erän tulokset on yhteenlaskettu. Näytteet eivät saa
palaa tai hehkua pidikkeeseensä asti, eivätkä roiskia palavia osia, jotka
sytyttäisivät alla olevan pumpulin. Yksikään näyte ei saa hehkua 60 sekuntia
kauempaa liekin poistamisen jälkeen.
Jotta materiaali saa arvon V-2, se ei saa palaa 30 sekuntia kauempaa
kummankaan liekityksen jälkeen. Jälkipalamisen määrä ei saa ylittää 250
sekuntia, kun kahden viiden erän tulokset on yhteenlaskettu. Näytteet eivät saa
palaa tai hehkua pidikkeeseensä asti, mutta saavat roiskia palavia osia, jotka
sytyttävät alla olevan pumpulin. Yksikään näyte ei saa hehkua 60 sekuntia
kauempaa liekin poistamisen jälkeen.
Pystysuora testi (5V, 5V-A, 5V-B)
Testi suoritetaan tangoilla ja levyillä. Tanko pidetään pystysuorassa ja liekki
asetetaan 20° kulmaan yhden alakulman kohdalle (kuva 11). Liekki tuodaan
viideksi sekunniksi ja poistetaan viideksi sekunniksi, toistaen tämä viisi kertaa.
Levylle testi on muuten sama, mutta se asetetaan vaakasuoraan ja liekki on
keskellä näytettä (kuva 11).
Kuva 11 Pystysuoran tangon ja levyn testin (5V, 5V-A, 5V-B) alkuasetelmat
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
17 (22)
Jotta materiaali saa arvon 5V, se ei saa palaa tai hehkua 60 sekuntia kauempaa
viiden liekityksen jälkeen. Näytteet eivät saa roiskia palavia osia, eivätkä
tuhoutua liekin kohdalta.
Jotta materiaali saa arvon 5V-A, se ei saa palaa tai hehkua 60 sekuntia
kauempaa viiden liekityksen jälkeen. Näytteet eivät saa roiskia palavia osia,
jotka sytyttäisivät pumpulin, eivätkä muodostaa palamisreikää liekin kohdalta.
Jotta materiaali saa arvon 5V-B, se ei saa palaa tai hehkua 60 sekuntia
kauempaa viiden liekityksen jälkeen. Näytteet eivät saa roiskia palavia osia,
jotka sytyttäisivät pumpulin, mutta saavat muodostaa palamisreiän liekin
kohdalta.
Ohuiden materiaalien pystysuora testi (VTM-0, VTM-1, VTM-2)
Tätä testiä käytetään materiaaleille, jotka ovat liian ohuita, vääntyvät, kutistuvat
tai taipuvat tavallisessa pystysuorassa testissä. 8*2 tuuman kokoinen pala
pyöräytetään pituussuunnassaan 0,5 tuuman kokoisen istukan ympärille ja
liitetään toisesta päästä kiinni. Kun istukka poistetaan, näyte muodostaa kartion.
Näyte tuetaan pystysuoraan asentoon ja sen alle tuodaan liekki (kuva 12), jota
pidetään siellä kolme sekuntia ja otetaan pois. Kun näyte on sammunut, koe
toistetaan. Kaksi viiden kappaleen erää testataan ja erät on säilytetty eri
olosuhteissa.
Kuva 12 Ohuiden materiaalien (VTM-0, VTM-1, VTM-2) pystysuoran testin
alkuasetelma
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
18 (22)
Jotta materiaali saa arvon VTM-0, näytteet eivät saa palaa kymmentä sekuntia
kauempaa kummankaan liekityksen jälkeen. Kokonaispalamisaika ei saa ylittää
50 sekuntia, kun kummankin viiden kappaleen erät on yhteenlaskettu. Näytteet
eivät saa palaa tai hehkua pidikkeeseensä asti, eivätkä pudottaa palavia roiskeita,
jotka sytyttäisivät pumpulin. Yksikään näyte ei saa hehkua 30 sekuntia
kauempaa, kun liekki on poistettu, eikä palaa tai hehkua viiden tuuman merkkiin
asti.
Jotta materiaali saa arvon VTM-1, näytteet eivät saa palaa 30 sekuntia
kauempaa kummankaan liekityksen jälkeen. Kokonaispalamisaika ei saa ylittää
250 sekuntia, kun kummankin viiden kappaleen erät on yhteenlaskettu. Näytteet
eivät saa palaa tai hehkua pidikkeeseensä asti, eivätkä pudottaa palavia roiskeita,
jotka sytyttäisivät pumpulin. Yksikään näyte ei saa hehkua 60 sekuntia
kauempaa, kun liekki on poistettu, eikä palaa tai hehkua viiden tuuman merkkiin
asti.
Jotta materiaali saa arvon VTM-2, näytteet eivät saa palaa 30 sekuntia
kauempaa kummankaan liekityksen jälkeen. Kokonaispalamisaika ei saa ylittää
250 sekuntia, kun kummankin viiden kappaleen erät on yhteenlaskettu. Näytteet
eivät saa palaa tai hehkua pidikkeeseensä asti, mutta saavat pudottaa palavia
roiskeita, jotka sytyttävät pumpulin. Yksikään näyte ei saa hehkua 60 sekuntia
kauempaa, kun liekki on poistettu, eikä palaa tai hehkua viiden tuuman merkkiin
asti.
2.7 UL 157 tiivisteiden öljynkesto /7/
Tiivisteiden ominaisuuksille löytyy omia standardeja ja tässä on selitetty UL
157 -standardin öljynkesto-osuus, joka on siis vain yksi osa tätä kyseistä
standardia. Mikäli materiaali täyttää kyseisen standardin ehdot, sitä voidaan
käyttää dieselöljyn-, bensiinin- ja voiteluöljynkestoa vaativissa sovelluksissa.
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
19 (22)
Kyseinen standardi testaa pysyykö materiaalin ominaisuudet tarpeeksi hyvinä,
mikäli se joutuu kosketuksiin öljyn kanssa.
Vetolujuuden ja venymän tutkimista varten leikataan tutkittavasta materiaalista
kolme näytepalaa, jotka upotetaan IRM öljyyn nro. 903. Niiden tulee olla
upoksissa öljyssä siten, että ne eivät koske toisiinsa tai öljysäiliön seiniin 70
tuntiin (± 0,5 tuntia) 23 °C:ssa (± 2 °C), ellei ole toisin määrätty. Tämän jälkeen
näytepaloja jäähdytetään puoli tuntia, mikäli ne olivat yli 23 °C:ssa, ja kuivataan
pehmeällä liinalla tai filtteripaperilla. Sitten näytteistä mitataan vetolujuus- ja
venymä-arvot ja verrataan niitä öljyyn upottamattomien näytteiden arvoihin,
josta selviää öljyn vaikutus materiaalin vetolujuuteen ja venymään.
Tilavuudenmuutostestissä käytetään näytekappaleina materiaalista leikattuja
laattoja, levyjä tai o-renkaita. Jotta varmistettaisiin näytteiden tasaisuus, ne tulee
puhdistaa ja kiillottaa, jonka jälkeen niiden tilavuus selvitetään punnitsemalla ne
ensin ilmassa ja sitten vedessä. Näytekappaleet puhdistetaan alkoholilla ja
vedellä ennen vedessä punnitusta. Avoimien, joustavien, solumaisten ja muiden
absorboivien materiaalien pituus, leveys ja paksuus on mitattava.
Näytekappaleet ovat tämän jälkeen upoksissa 70 tuntia (± 0,5 tuntia) 23 °C:ssa
(± 2 °C) IRM öljyssä nro. 903, ellei ole toisin määrätty. Immersion jälkeen
näytteet punnitaan jälleen ensin ilmassa ja sitten vedessä. Ennen vedessä
punnitsemista näytteet tulee puhdistaa alkoholilla ja sitten vedellä. Näytteet
pitää punnita ilmassa 30 sekunnin, ja vedessä 60 sekunnin kuluessa siitä, kun ne
on poistettu öljystä. Avoimien, joustavien, solumaisten ja muiden absorboivien
materiaalien pituus, leveys ja paksuus tulee mitata 60 sekunnin sisällä siitä, kun
näytteet on poistettu öljystä. Tämän jälkeen lasketaan tilavuudenmuutos
prosentteina jokaiselle kolmelle näytteelle ja otetaan niistä keskiarvo.
Verrattaessa tuloksia alkuperäisiin tilavuuden arvoihin, voidaan päätellä miten
paljon tilavuus muuttuu öljyn vaikutuksesta.
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
3 TERMOPLASTISET ELASTOMEERIT
Tämä luku vain tilaajan kappaleessa
3.1 Termoplastiset vulkanisaatit (TPV)
Tämä luku vain tilaajan kappaleessa
3.2 Termoplastiset polyuretaanit (TPU)
Tämä luku vain tilaajan kappaleessa
3.3 TPE-uutuuksia ja -sovelluksia
Tämä luku vain tilaajan kappaleessa
3.3.1 TPU-materiaalit
Tämä luku vain tilaajan kappaleessa
3.3.2 TPV-materiaalit valmistajittain
Tämä luku vain tilaajan kappaleessa
20 (22)
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
21 (22)
3.3.3 Muut TPE-materiaalit
Tämä luku vain tilaajan kappaleessa
4 YHTEENVETO
TPE-materiaalit kasvattavat markkinaosuuttaan jatkuvasti ja uusia materiaaleja
kehitetään koko ajan lisää parempien ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Koska
kehitys alalla on nopeaa, on syytä pysyä mukana uusien tuotteiden tuomissa
mahdollisuuksissa, jotta yrityksen kilpailukyky säilyisi mahdollisimman hyvänä.
Tämän vuoksi työn tekeminen olikin erittäin ajankohtaista ja mielenkiintoista.
Suurimpia haasteita työn tekemisessä oli englanninkielisen lähdemateriaalin
kääntäminen suomeksi, sekä hyödyllisen tiedon löytäminen ja erottaminen.
Työtä tehdessä kuitenkin rutinoitui melko nopeasti ja ajan kuluessa sen
tekeminen helpottui huomattavasti.
Työn tavoitteet saavutettiin ja TPE-uutuuksia kerättiin ominaisuuksineen Exceltaulukkoon. Muutamia mielenkiintoisia materiaaleja käsiteltiin vielä omana
kokonaisuutenaan tarkemmin itse työssä. Joukossa oli potentiaalisia uutuuksia,
joista toivottavasti on hyötyä työn teettäjälle Mar-Con:lle.
Panu Ekonen
TUTKINTOTYÖ
22 (22)
LÄHDELUETTELO
1
Plastics Technologie Laboratories Intertek. [www-sivu]. [viitattu 10.5.2008]
Saatavissa: http://www.ptli.com/testlopedia/tests/DurometerShore-d2240.asp
2
Plastics Technologie Laboratories Intertek. [www-sivu]. [viitattu 10.5.2008]
Saatavissa: http://www.ptli.com/testlopedia/tests/Density-SpecGrav-d792.asp
3
Plastics Technologie Laboratories Intertek. [www-sivu]. [viitattu 10.5.2008]
Saatavissa: http://www.ides.com/property_descriptions/ASTMD412.asp
4
Plastics Technologie Laboratories Intertek. [www-sivu]. [viitattu 10.5.2008]
Saatavissa: http://www.ides.com/property_descriptions/ASTMD395.asp
5
Plastics Technologie Laboratories Intertek. [www-sivu]. [viitattu 10.5.2008]
Saatavissa: http://www.ides.com/property_descriptions/ASTMD624.asp
6
Plastics Technologie Laboratories Intertek. [www-sivu]. [viitattu 10.5.2008]
Saatavissa: http://www.ides.com/property_descriptions/UL94.asp
7
UL 157. Tiivisteiden öljynkesto. Gaskets and Seals. Kraiburg TPE GMBH
2007. 28 s.